3480

Физика среды и ограждающих конструкций, Строительная теплофизика

Контрольная

Физика

Физика среды и ограждающих конструкций. Среда и ее воздействие на объекты строительства. Воздушная среда и ее параметры. Водная среда и ее параметры. Климатические факторы. Влияние среды на долговечность строительных конструкций...

Русский

2015-01-16

206 KB

108 чел.

Физика среды и ограждающих конструкций

1. Среда и ее воздействие на объекты строительства

1.1. Воздушная среда и ее параметры.

1.2. Водная среда и ее параметры.

1.3. Климатические факторы.

1.4. Влияние среды на долговечность строительных конструкций.

2. Строительная теплофизика

2.1. Здание как единая энергетическая система.

2.2. Основы теплопередачи.

2.3. Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций.

2.4. Теплопередача в нестационарных условиях и теплоустойчивость ограждающих конструкций.

3. Влажностный режим ограждающих конструкций

3.1. Вода и ее свойства.

3.2. Передвижение влаги и воздуха в строительных конструкциях.

3.3. Регулирование влажностного режима ограждающих конструкций.

4. Строительная акустика

4.1. Основные понятия.

4.2. Звукоизоляция ограждающих конструкций.

4.3. Архитектурно-планировочные методы борьбы с шумом.

4.4. Акустика помещений.

5. Освещение помещений

5.1. Естественное освещение.

5.2. Совмещенное освещение помещений.

5.3. Инсоляция и солнцезащита.  


ВВЕДЕНИЕ

Комфорт  помещений  определяется  самочувствием  человека.  Факторы, влияющие на комфорт помещения:

  •  тепловой режим;
  •  влажностный режим;
  •  воздушный режим (чистота воздуха и воздухопроницаемость конструкций);
  •  шумовой режим;
  •  световой режим;
  •  инсоляция.

Это наиболее общие факторы, определяющие комфорт во всех зданиях. В зрелищных зданиях к ним добавляются акустика помещений, обеспечивающая красоту звучания и разборчивость речи, а также видимость и зрительное восприятие. Во всех типах зданий к перечисленным факторам можно добавить факторы психофизического комфорта, такие как связь с внешней средой или защищенность от внешних влияний, пожарная безопасность, безопасная эвакуация людей из зданий и комфортное движение людских потоков.

Кроме этих факторов существует ряд недостаточно изученных факторов, действующих в течение длительного времени, таких как геопатогенные зоны Земли, действие сверхмалых доз радиоактивного излучения строительных материалов, электромагнитное излучение бытовых приборов, влияния радона и др. Некоторые из них, такие как влияние радона, уже внесены в Нормы. Другие еще нуждаются в дополнительных исследованиях, но принимать их во внимание необходимо.

Такие разделы курса «Физика среды и ограждающих конструкций», как «Свет и цвет в архитектуре», «Искусственное освещение интерьеров зданий и городов», относятся к специальным вопросам архитектурного проектирования и рассматриваются отдельно, в рамках специального курса для инженеров-архитекторов.

КЛИМАТ И АРХИТЕКТУРА

1. СТРОИТЕЛЬНАЯ КЛИМАТОЛОГИЯ

1.1. Климат

Климатология (от климат и логия) — наука, изучающая вопросы климатообразования, описания и классификации климатов земного шара, антропогенные влияния на климат. Ранее, будучи подразделом метеорологии, относилась к географическим наукам, т.к. изучение климата сводилось к рассмотрению его с географической точки зрения. Сейчас климатология представляет собой мультидисциплинарную науку - самостоятельный раздел наук об атмосфере.

Содержанием климатологии является фактический материал о типах климата на земном шаре, полученный из статистической обработки многолетних метеорологических наблюдений. Учение о происхождении климата, его обусловленности опирается, прежде всего,  на представления о тепловом и водном балансе земной поверхности, процессах общей циркуляции атмосферы и водной среды. Большое практическое значение климатологии явилось причиной возникновения ряда прикладных климатологических дисциплин, пограничных с др. науками. Сюда в частности относится строительная климатология — учение о влиянии климата на характер строительных конструкций. От климата зависят нагрузки на сооружения (ветровая, снеговая, давление льда), долговечность конструкций (обусловленная, главным образом, разрушающим воздействием капиллярной воды при замерзании, сменой температур и солнечным облучением).

Начальные представления о климате и его закономерностях сложились ещё в Древней Греции, где климат считали зависимым  от угла наклона солнечных лучей к поверхности Земли (рис. 1.1), поэтому в переводе с древнегреческого климат означает наклон.

Рис. 1.1. Схема падения солнечных лучей на поверхность Земли:

Z0угол отклонения от зенита, град.; Н0 - угловая высота Солнца, град

Предполагалось, что чем меньше угол Zo, тем выше температура поверхности Земли. Поэтому климат делился по широте земли на холодный, умеренный и жаркий.

Однако при одной и той же широте характер климата может значительно различаться. Примерами могут служить: Лондон, Оренбург , Новосибирск и лругие (табл. 1),

Таблица 1

Различие климатических условий городов, расположенных на одной широте

Город

Лондон

Оренбург

Новосибирск

Северная широта

51° 30′ 26″

51° 46′ 00″

55° 02′  00″

Среднегодовая температура, °С

10,9

5,3

1,8

Среднемесячная температура июля, °С

23,0

29,0

25,0

Среднемесячная температура января, °С

2,0

-15,5

-19,6

Максимальная температура, °С

37,9

41,6

37,0

Минимальная температура, °С

-9,6

-43,2

-51,1

Климат в Лондоне  отличается мягкостью и умеренностью в течение всего года. Летом здесь тепло, но редко бывает жарко. Зимой прохладно, но не морозно. Городской массив создает собственный микроклимат. Мягкость климатических условий связана с наличием тёплого Северо-Атлантического течения, омывающего западное побережье Европы. Ветры, дующие с Атлантического океана, летом приносят прохладу, а зимой — тепло.

Новосибирск находится в континентальной климатической зоне; среднегодовая температура воздуха +1,8 °C. Для города характерны большие колебания среднемесячных (38 °C) и абсолютных (88 °C) температур воздуха.

В 17 и 18 вв. появляются первые описания климатов на базе инструментальных метеорологических наблюдений. Э. Галлей1 в Великобритании и М. В. Ломоносов в России высказывают первые соображения о влиянии атмосферной циркуляции на климат. В начале 19 века немецкий естествоиспытатель А. Гумбольдт2 положил начало систематическому описанию и объяснению климатов Земли и построил первые климатические карты. Во 2-й половине 19 в. климатологические исследования стали планомерными и с особым успехом развивались в России, где были сосредоточены в открытой в 1849 Главной физической обсерватории под руководством Г. И. Вильда. В это же время А. И. Воейков выполнил ряд исследований, в которых стремился обосновать как географические закономерности, так и геофизическую природу климата. Среди учёных, последователей Воейкова — А. А. Каминский (исследования по ветровому режиму и влагообороту), Л. С. Берг  (работы в области палеоклиматологии и биоклиматологии, а также по классификации климатов Земли, основанной на выделении климатических зон), В. Ю. Визе и др. Ряд важных климатологических закономерностей был установлен и за рубежом. Климатолог В. Кеппен разработал в 1900—20 широко распространённую до сих пор классификацию климатов земного шара, основанную на выделении климатических зон по соотношению годичных режимов приземной температуры воздуха и осадков, а также заложил основы исследований связи климата с солнечной активностью. Австрийских климатолог Ю. Ханн в конце 19 в. составил трёхтомную монографию "Руководство по климатологии" (т. 1 опубликован в 1883) и провёл большое количество региональных исследований.

Приток солнечной радиации является одним из важнейших факторов, определяющих климат на поверхности Земли. Однако тепло на поверхность может поступать не только от Солнца, но и переноситься из различных районов Земли путем циркуляции воздуха. В холодное время года воздушными течениями тепло переносится с поверхности морей и океанов, так как вода медленно нагревается, но и сохраняет тепло дольше, чем суша. По этой причине осень на побережье теплее, чем на материке, а весна - холоднее.

На климат влияют:

1) теплые и холодные течения в морях и океанах (например, Гольфстрим смягчает климат Европы и даже Западной Сибири);

2) процессы испарения и конденсации влаги (облака, снижение интенсивности солнечной радиации, охлаждение воздуха при испарении);

3) горы и крупный рельеф местности (создают особый горный климата, который зависит от:

- высоты над уровнем моря,

- ориентации склонов по сторонам света и по отношению к потокам воздуха, несущим  влагу. Многие горные хребты являются климатическими границами. Например, Кавказский хребет преграждает зимой путь холодным ветрам с севера и востока и препятствует оттоку теплого воздуха, нагретого морем;

- наличия ледников);

4) озера, реки, моря (из-за высокой тепловой инерции); в
Арктике и Антарктике, несмотря на большое количество приходящего от
Солнца тепла, температура редко бывает положительна, так как большая
часть солнечной радиации или отражается, или затрачивается на таяние
льда и снега.

1.2. Методы строительной климатологии

1. Метеорологические наблюдения.

1.1. Метеорологические станции осуществляют регулярные записи температуры, влажности, скорости и направления ветра, количества осадков.

1.2. Актинометрические станции кроме перечисленных наблюдений проводят запись суммарной и рассеянной солнечной радиации, ведут статистику облачности.

1.3. Геофизические станции проводят сейсмологические и метеорологические наблюдения.

1.4. Станции наблюдения за световым климатом ведут статистику уровней освещенности горизонтальной поверхности под открытым небом.

2. Расчетные методы, учитывающие локальные наблюдения и распространяющие их на требуемые территории. Например, светоклиматические наблюдения (записи освещенности, солнечной радиации, облачности). Были определены световые эквиваленты солнечной радиации и сделаны расчеты статистического хода освещенности для определенных пунктов.

3. Статистические методы, позволяющие определять закономерности по имеющимся данным.

1.3. Климатические факторы, влияющие на проектирование и строительство зданий

  1.  Температура наружного воздуха.
  2.  Влажность наружного воздуха.
  3.  Ветер, его направление и скорость.
  4.  Солнечная радиация на различно ориентированных поверхностях для различных широт.
  5.  Дневной и годовой ход естественной освещенности (диффузной и суммарной), яркость ясного неба и статистическая яркость неба.
  6.  Облачность, вероятность пасмурного, полуясного и ясного неба.
  7.  Статистика дождевых и снеговых осадков, снеговые нагрузки, вероятность и объем снегопереноса.
  8.  Глубина промерзания грунтов.

1.4. Климат России и его влияние на архитектуру зданий

Для основных городов России среднестатистические значения температуры, влажности воздуха направления и скорости ветра представлены в СНиП 23-01-99 «Строительная климатология». Условно в зависимости от средней температуры в течение дня погоду подразделяют на:

- очень холодную  (t < -12 ° С; требуется отопление гражданских зданий).

- холодную  (t < 8 ° С; требуется отопление гражданских зданий).

- прохладную (t=8...15 °С);

- теплую (t=16...28 °С);

- жаркую (t>28 °С; требуется искусственное охлаждение воздуха);

- очень жаркую (t>32 °С; требуется искусственное охлаждение воздуха).

Продолжительность характерных видов погоды в течение года определяет основные черты климата местности.

Так, например, в городе Сочи в течение четырех месяцев в году (с июня по сентябрь) стоит жаркая погода и необходимо ограничение перегрева помещений с помощью солнцезащитных устройств и искусственного охлаждения воздуха. В остальные месяцы – погода теплая и практически не требуется постоянного отопления, а только в случаях непредвиденного понижения температуры воздуха.

Тип здания должен устанавливаться с учетом защиты помещений от перегрева в жаркий период года. Целесообразны открытые помещения, озеленение и обводнение вокруг зданий. Необходимы солнцезащита и искусственное охлаждение. Ориентация продольных фасадов должна быть широтной (С-Ю) с расположением в северной части обслуживающих и коммуникационных помещений, лестниц, кухонь и т.п., а в южной части - большей части жилых комнат.

Климат в г. Якутске резко континентальный. В течение 7 месяцев в году требуется отопление, причем в течение трех месяцев погода очень холодная, неблагоприятно воздействующая на человека. В течение трех месяцев в году погода очень жаркая, требующая ограничения перегрева и искусственного охлаждения. Все это необходимо учитывать при проектировании, применять двойные тамбуры, закрытые переходы между домами и другие специальные мероприятия.

Схематическая карта климатического районирования для строительства приведена. Согласно этой карте, территория России разделена на IV пояса с подрайонами. По этой карте и таблицам в СНиП «Строительная климатология» выявляются сезоны года, определяющие тип зданий в данной местности.

1 Э́дмунд (Э́дмонд) Галле́й (1656-1742) — английский астроном, геофизик, математик, метеоролог, физик и демограф. 

2 Фридрих Вильгельм Генрих Алекса́ндр Фрайгерр фон Гу́мбольдт (1769-1859) – немецкий ученый, физик, метеоролог, географ, ботаник, зоолог и путешественник, младший брат учёного Вильгельма фон Гумбольдта. 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

54996. Подорож нашою країною 45.5 KB
  Програмовий зміст: формувати уявлення дітей про нашу державу, місто, право людей на вибір місця проживання. Закріпити та поглибити знання дітей про Україну; розширити знання про народні символи, річки, гори, моря, українську мову, професії (гончар, швачка, вишивальниця), український посуд та національний одяг.
54997. Казкова подорож (з використанням казок В. Сухомлинського) 43 KB
  Матеріал: малюнок із зображенням весняних квітів метелик аркуші з завданням з зображенням метеликів і бджілосінні листочки сніжинка склянки з водою та соломинки по кількості дітей сніжки корзина амулети серветки. Відповіді дітей слідкувати щоб діти відповідали повним реченням вірно вимовляли...
54998. Подорож до зимового лісу 37 KB
  Програмовий зміст: продовжувати ознайомлення малят з особливостями зимової пори року; розширити знання про зміни в природі, пов’язані з приходом зими. Розширити та узагальнити знання дітей про диких тварин, вміння виділяти й характеризувати особливості зовнішнього вигляду, способу їх життя.
54999. Рушаймо в подорож цікаву, рушаймо й пізнаваймо світ... Франція 41 KB
  На відміну від традиційного підходу до вивчення іноземних мов в межах окремої країни, сучасний вчитель має враховувати відношення України з іншими країнами світу та її спрямованість в європейську співдружність.
55000. ЦІКАВИМИ СТЕЖИНАМИ ПО КРАЇНІ МІЦНОГО ЗДОРОВ’Я 191.5 KB
  Мета: виховувати у дітей ціннісне ставлення до власного здоров’я та стимулювати бажання дбати про нього; сприяти усвідомленню учнями необхідності ведення здорового способу життя; нагадати корисні звички які допоможуть зміцнити здоров’я; прищеплювати інтерес до занять фізичною культурою і спортом.
55001. Загадкове Середньовіччя 49.5 KB
  Основні деталі одягу: лляна сорочка плащ поступово зявляються панчохи короткі штани Носили також рукавички спочатку як робочий одяг а згодом як предмет розкоші. Жіночий одяг: на початку середньовіччя жіночий одяг мав відрізнятись від чоловічого але з часом ситуація дещо змінилась.
55002. Подорож до країни Чистоти і Порядку 51.5 KB
  Сьогодні ми друзі відправимось в груподорож. Вчитель Школярі які живуть на цій станції не розчісують і не підстригають волосся. Хочу я напитись чаю Але що це Сам не знаю Самовар мій повний вщерть Утікає шкереберть Що зробилось Вчитель Діти чому від Бруднулі всі речі повтікали З`являється Умивальник .
55003. Подорож моєї мрії 88.5 KB
  Вдале географічне розташування Буковель оточений амфітеатром красивих гір створює комфортні умови для відпочинку в Буковелі. Унікальні кліматичні умови надзвичайна краса карпатських гір живописні ландшафти а також джерела мінеральних вод залучають на відпочинок і лікування в Буковелі велику кількість туристів. Відпочинок в Буковелі добрий у будьякий час року але в першу чергу Буковель вважається гірськолижним курортом тому кращий час його відвідин зимові місяці. Любителі гір з різних куточків світу з'їжджаються на гірськолижний...
55004. Инвестиции: понятие, виды, источники финансирования. Факторы, определяющие динамику инвестиционного спроса 20.39 KB
  Инвестиции — долгосрочные вложения капитала с целью получения прибыли. Инвестиции являются неотъемлемой частью современной экономики. От кредитов инвестиции отличаются степенью риска для инвестора (кредитора) — кредит и проценты необходимо возвращать в оговорённые сроки независимо от прибыльности проекта